Hoe is Uranium verrijkt om bommen te maken?
Verrijkt uranium is uranium met een hoog percentage van de isotoop U-235, dat slechts ongeveer 72% van natuurlijk uranium uitmaakt. Normaal uranium wordt U-238 genoemd, waarbij het nummer de hoeveelheid nucleonen (protonen en neutronen) in zijn atoomkern aangeeft. U-235 heeft een ongelijke hoeveelheid protonen en neutronen, waardoor het enigszins instabiel en gevoelig is voor splijting (splijten) van thermische neutronen. Het splijtingsproces laten verlopen als kettingreactie is de basis van kernenergie en kernwapens.
Omdat U-235 identieke chemische eigenschappen heeft als normaal uranium en slechts 1,26% lichter is, kan het scheiden van de twee een hele uitdaging zijn. De processen zijn meestal vrij energie-intensief en kostbaar, en daarom hebben slechts enkele landen het tot nu toe op industriële schaal kunnen bereiken. Om uranium van reactorkwaliteit te maken, zijn U-235-percentages van 3-4% vereist, terwijl uranium van wapenkwaliteit uit 90% U-235 of meer moet bestaan. Er zijn minstens negen technieken voor uraniumscheiding, hoewel sommige zeker beter werken dan andere.
Tijdens de Tweede Wereldoorlog, de Verenigde Staten, toen onderzoekers voor het eerst streefden naar isotopenscheiding, werd een reeks technieken gebruikt. De eerste fase bestond uit thermische diffusie. Door een dunne temperatuurgradiënt te introduceren, konden wetenschappers lichtere U-235-deeltjes naar een warmtegebied en zwaardere U-238-moleculen naar een kouder gebied brengen. Dit was slechts de voorbereiding van voedingsmateriaal voor de volgende fase, elektromagnetische isotopenscheiding.
Elektromagnetische isotopenscheiding omvat het verdampen van uranium en het vervolgens ioniseren om ionen met positieve lading te produceren. Het geïoniseerde uranium werd vervolgens versneld bij gebogen door een sterk magnetisch veld. Lichtere U-235 atomen werden iets meer afgebogen, terwijl U-238 atomen iets minder. Door dit proces vele malen te herhalen, kon uranium worden verrijkt. Deze techniek werd gebruikt om een deel van het verrijkte uranium te maken voor de Little Boy-bom, die Hiroshima vernietigde.
Tijdens de Koude Oorlog werd de scheiding van elektromagnetische isotopen verlaten ten gunste van de techniek van gasvormige diffusie-verrijking. Deze benadering duwde uraniumhexafluoridegas door een semi-permeabel membraan, dat de twee isotopen enigszins van elkaar scheidde. Net als de eerdere techniek, zou dit proces vele malen moeten zijn uitgevoerd om een aanzienlijke hoeveelheid U-235 te isoleren.
Moderne verrijkingstechnieken maken gebruik van centrifuges. De lichtere U-235-atomen duwen lichtjes bij voorkeur naar de buitenwanden van de centrifuges, waardoor ze worden geconcentreerd waar ze kunnen worden geëxtraheerd. Net als alle andere technieken moet het vele malen worden uitgevoerd om te werken. Volledige systemen die op deze manier uranium zuiveren, gebruiken veel centrifuges en worden centrifugecascades genoemd. De Zippe-centrifuge is een meer geavanceerde variant op de traditionele centrifuge die zowel warmte als centrifugale kracht gebruikt om de isotoop te scheiden.
Andere technieken voor uraniumscheiding omvatten aerodynamische processen, verschillende laserscheidingsmethoden, plasmascheiding en een chemische techniek, die gebruik maakt van een zeer klein verschil in de neiging van de twee isotopen om de valentie in oxidatie- / reductiereacties te veranderen.